第四章--通风排气中颗粒物的净化.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,通风排气中,颗粒物的净化,第四章,清洁的空气是人类赖以生存的最基本的环境要素，但是，在人类的许多生产过程中，都会散发大量粉尘，如果任意向大气排放，将污染大气，危害人民健康，影响工农业生产。因此,对颗粒物的控制技术是我国大气污染治理的重点,。为了保证室内外空气的清洁度，通风空调系统的进风和排风均需要净化处理，净化进风空气称为空气过滤；净化工业生产过程中排出的含尘气体称为工业除尘。这两类净化的基本原理是相同的，但采用的设备则各有不同。,通风排气中颗粒物的净化,4,颗粒物的特性,4.6,4.1,4.3,4.2,4.4,4.5,4.7,4.9,4.8,除尘器效率和除尘机理,重力沉降室和惯性除尘器,进气净化用空气过滤器,旋风除尘器,电除尘器,袋式除尘器,湿式除尘器,除尘器的选择,块状物料破碎成细小的粉状微粒后，除了继续保持原有的主要物理化学性质外，还出现了许多新的特性，如爆炸性、荷电性等等。在这些特性中，与除尘技术关系密切的，有以下几个方面：,4.1,颗粒物的特性,4.1.1,密度,单位体积颗粒物的质量称为颗粒物的密度，单位为,kg/m,3,。颗粒物的密度一般分为,容积密度,和,真密度,。,我们把,自然堆积,状态下单位体积粉尘的质量称为粉尘的容积密度。粉尘在,密实无孔,状态下的密度称为真密度。两种密度的应用场合有所不同，研究单个尘粒在空气中的运动规律时应采用真密度，计算灰斗体积或灰场面积时则应采用容积密度。,空隙率,颗粒物颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比。,4.1.2,粘附性,颗粒物附着在固体表面上或尘粒相互附着的现象称为粘附性，颗粒物的粘附性是颗粒物与颗粒物之间或颗粒物与器壁之间的力的表现。这种力包括分子力、毛细粘附力及静电力等。,颗粒物相互间的凝聚与颗粒物在器壁上的附着都与颗粒物的粘附性有关。,颗粒物的粘附是一种常见现象，既有有利的一面，也有有害的一面。就气体除尘而言，许多除尘装置依赖于颗粒物的粘附性，尘粒间的粘附会使尘粒增大，有利于提高除尘效率。但在含尘气流管道和某些设备中，颗粒物与器壁间的粘附则会使除尘器或管道发生故障和堵塞。,粘附性与颗粒物的形状、大小以及吸湿等状况有关。粒径细、吸湿性大的粉尘，其粘附性也强。,4.1.3,润湿性,颗粒物颗粒能否与液体相互附着或附着难易的性质称为颗粒物的,润湿性,。当尘粒与液体接触时，接触面能扩大而相互附着，就是能润湿；反之，接触面趋于缩小而不能附着，则是不能润湿。,一般根据颗粒物被液体润湿的程度将颗粒物大致分为两类：容易被水润湿的,亲水性颗粒物,和难以被水润湿的,疏水性颗粒物,（或,憎水性颗粒物,）。,湿润现象是分子力作用的一种表现，颗粒物的润湿性与液体的表面张力，尘粒与液体间粘附力有关。水滴内部与水滴表面间的分子引力为水的表面张力，当水的表面张力小于水与固体间的分子引力时，固体容易被湿润，反之，固体则不易被湿润。颗粒物润湿性还与相对运动速度有关。例如,1m,以下尘粒很难被水润湿，这是因为细尘粒和水滴表面均附有一层气膜，只有在两者具有较高的相对速度的情况下，水滴冲破气膜才能相互附着凝并。,图,4.1,湿润接触角（,）,粉尘的湿润性是湿式防,尘,、除尘的依据。各种湿式除尘装置主要依靠粉尘与水的润湿作用捕集粉尘。,衡量湿润性的指标是湿润接触角（,），如图,4.1,所示。,当,90,时，湿润性差，属于憎水性。,润湿性与粉尘的种类、粒径、形状、生成条件、组分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性有关，还与液体的表面张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式有关。,粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降。,粉尘的润湿性是选择湿式除尘器的重要依据之一，亲水性粉尘被液体湿润后会发生凝聚，有利于粉尘从空气中分离，亲水性粉尘可以选用湿式除尘器，而憎水性粉尘则不宜采用湿式除尘器。但在亲水性粉尘中有的粉尘却是遇水硬结，称为,水硬性,粉尘，如水泥等，就不能采用湿式除尘器除尘。,4.1.4,粉尘的爆炸性,能发生爆炸的粉尘称为可爆粉尘，如煤尘、亚麻粉尘、镁、铝粉尘等。粉尘爆炸能产生高温、高压，同时生成大量的有毒有害气体，对安全生产有极大的危害，应注意采取防爆、隔爆措施。,粉尘的许多物理、化学性质实质上与其表面积有很大关系。,粉尘的,比表面积,比表面积,：单位质量粉尘的总表面积称为比表面积（,m,2,/kg,）。,比表面积与粒径成反比，粒径越小，比表面积越大。比表面积增大，强化了表面活性。它对粉尘的湿润、凝聚、附着以及燃烧和爆炸等性质都有明显的影响。,固体物料破碎后，总表面积大大增加，例如每边长,1cm,的立方体粉碎成每边长,1 m,的小粒子后，总表面积由,6cm,2,增加到,6m,2,，由于表面积增加，粉尘的化学活泼性大为加强。某些在堆积状态下不易燃烧的可燃物如糖、面粉、煤粉等，当它以粉末状悬浮于空气中时，与空气中的氧有了充分的接触机会，在一定的温度和浓度下，可能发生爆炸。,能够引起爆炸的浓度范围叫作,爆炸极限,，能够引起爆炸的最高浓度叫作,爆炸上限,，最低的浓度叫作,爆炸下限,。低于爆炸浓度下限或高于爆炸浓度上限均无爆炸危险。,此外，有些粉尘与水接触后会引起自燃或爆炸，如镁粉、碳化钙粉等；有些粉尘互相接触或混合后也会引起爆炸，如溴与磷、锌粉与镁粉等。由此可见，在设计除尘系统时，必须高度注意。,4.1.5,粉尘的荷电性,悬浮于空气中的尘粒由于天然辐射、外界离子或电子的附着、尘粒间的摩擦等，都能使尘粒荷电。,荷电性,是指粉尘能被荷电的难易程度。,在粉尘生成过程中也可能使其荷电。在这种状况下粉尘荷电的极性不稳定，荷电量也很小。因此，在电除尘器中，需要采用人工方法，使尘粒充分荷电。,荷电量大小与粉尘的成分、粒径、质量、温度、湿度等有关。粉尘荷电对其凝聚与沉积有影响。,图,5.2,粉尘的荷电性,衡量粉尘荷电性的指标为,比电阻,，它反映粉尘的导电性能，是粉尘的重要特性之一，对电除尘器的运行具有重大影响。,比电阻,是指某种粉尘在横断面积为,1 cm,2,、厚度为,1 cm,时所具有的电阻，是反映粉尘导电性的一个参数，它直接影响电除尘器的工作效果。,粉尘比电阻受许多因素影响，如粉尘性质、粉尘层的孔隙率、粉尘的粒径、温度和湿度等，由实验方法确定。粉尘的比电阻对电除尘器有很大影响，是除尘的依据。比电阻在,10,4,10,11,cm,范围内，电除尘的效果较好。,4.1.5,粉尘的堆积角和滑动角,堆积角,(,安息角,、,休止角,、,安置角,),：粉尘从漏斗连续落下自然堆积形成的圆锥体母线与地面的夹角。,滑动角,：自然堆积在光滑平板上的粉尘随平板做倾斜运动时，粉尘开始发生滑动的平板倾角。,粉尘的堆积角和滑动角都是由实验测得的，是设计除尘器灰斗或料仓锥角、除尘管道或输灰管道倾斜角以及计算灰渣场地的主要依据。许多粉尘的堆积角的平均值为,35,40,。,粉尘的堆积角和滑动角是,粉状物料特有的性质,，是评价粉尘,流动性,的一个重要指标，它们与物料的种类、粉尘的粒径、含水率、尘粒形状、尘粒表面光滑程度、粉尘粘附性等因素有关。对于同一种粉尘，粒径大、接近球形、表面光滑、含水率低时，堆积角小。,磨损性,:,颗粒物流动过程中对器壁的冲刷程度,.,硬度大,、,密度高,、,粒径大,带有棱角的颗粒,物磨损性大,.,磨损性与气流速度的,2,3,次方成正比,在高气流速度下,颗粒物对器壁的磨损显得更为严重,.,为减少磨损,需选取适当的气流速度和壁厚,.,对磨损性大的颗粒物,最好在易于磨损部位,如管道弯头,、,旋风除尘器内壁采用耐磨材料作内衬,或采用铸石、铸铁等材料,.,4.1.6,粉尘的磨损性,4.1.7,颗粒物的粒径及粒径分布,颗粒物的粒径,1.,定义,:,表示颗粒物颗粒大小的代表性尺寸,.,用,”,d,c,”,表示,.,颗粒物的粒径对于球形尘粒来说,是指它的直径,.,2.,由于颗粒物产生原因、方式各不相同,因而形状、大,小各异,大多数是不规则的形状,.,所以有各种不同的粒,径定义方法,:,(1),投影径,:,用显微镜观察得到的粒径,.,a.,定向粒径,:,尘粒投影面上两平行切线间的距离,.(,不唯一,),b.,长轴粒径,:,不考虑方向的最长粒径,.,c.,短轴粒径,:,不考虑方向的最短粒径,.,d.,面积等分径,:,将颗粒物投影面积二等分的直线长度,.(,不唯一,),(2),几何当量径,:,取与颗粒物的某一几何量,(,面积、体积等,),相同的圆球形尘粒的直径,.,a.,投影等面积径,:,与颗粒物的投影面积相同的某,一圆面积的直径,.,b.,等体积径,:,与颗粒物体积相同的某一圆球体的,直径,.,(3),物理当量径,:,取与颗粒物的某一物理量相同时的,圆球形尘粒的直径,.,a.,阻力径,b.,自由沉降径,(,斯托克斯粒径,),c.,空气动力径,颗粒物的粒径分布,颗粒物的粒径分布,是指某种颗粒物中，各种粒径,的颗粒所占的比例，也称颗粒物的,分散度,。,以颗粒物的质量所占的比例表示时称为,质量分布,。除尘技术中多采用质量分布。,颗粒物的分散度一般是根据测定得到的，但在测定时由于颗粒物的粒径有无穷多个，无论用什么方法都无法把各种粒径颗粒物的质量测出来。因此通常把颗粒物的粒径分成若干组，如,05m,、,510m,、,1020m,、,2040m,等等。测出的每组质量与总质量的比值就是该组的分散度。,例：设某粉尘样品中某一粒径范围的粉尘质量为 克，粉尘的总质量为 克，则该粒径范围粉尘的分散度 为,=,且,式中,第,i,种粒径粉尘的分散度，,%,。,在某一粒径间隔,d,c,内尘粒所占的质量百分数也称为尘粒的,频率分布,。,表示方法,:,表格法、图形法、函数法,相对频率分布,:,累计质量百分数,:,分布函数,:,正态分布、对数正态分布、对数概率纸,4.2,除尘器分类、机理和性能指标,4.2.1,除尘器的除尘机理,工程上常用的各种除尘器往往不是简单地依靠某一种除,尘机理来完成除尘过程，而是综合运用几种除尘机理来实现,除尘过程的。目前常用除尘器的除尘机理主要有以下几个方面：,4.2.1.1,重力作用,气流中的尘粒可以依靠重力自然沉降，从气流中进行分离，由于尘粒的沉降速度一般较小，这个机理只适用于粗大的尘粒。,4.2.1.2,离心力作用,含尘气流作圆周运动时，由于惯性离心力的作用，尘粒和气流会产生相对运动，使尘粒从气流中分离。它是旋风除尘器工作的主要机理。,4.2.1.3,惯性碰撞作用,含尘气流在运动过程中遇到物体的阻挡时，气流要改变方向进行绕流，细小的尘粒会随气流一起流动，而粗大的尘粒具有较大的惯性，它会脱离流线，保持自身的惯性运动，这样尘粒就和物体发生了碰撞（,如,图,5.3,所示），这种现象称为惯性碰撞。惯性碰撞是过滤式除尘器、湿式除尘器和惯性除尘器的主要除尘机理。,4.2.1.4,接触阻留作用,细小的尘粒随气流一起绕流时，如果流线紧靠物体（纤维或液滴）表面，有些尘粒因与物体发生接触而被阻留，这种现象称为接触阻留。另外当尘粒尺寸大于纤维网眼而被阻留时，这种现象称为筛滤作用。粗孔或中孔的泡沫塑料过滤器主要依靠筛滤作用进行除尘。,图,5.3,惯性碰撞除尘机理示意图,4.2.1.5,扩散作用,小于,1,的微小粒子在气体分子撞击下，像气体分子一样作布朗运动。如果尘粒在运动过程中和物体表面接触，就会从气流中分离，这个机理称为扩散。对于 ,0.3,的尘粒，这是一个很重要的机理。从湿式除尘器和袋式除尘器的分级效率曲线可以发现，当 左右时，除尘器效率最低。这是因为在 ,0.3,时，扩散作用还不明显，而惯性作用是随 的减小而减小的；当 ,0.3,时，惯性已不起作用，主要依靠扩散，布朗运动是随粒径的减小而加强的。,图,5.4,某袋式除尘器分级效率曲线,4.2.1.6,静电力作用,悬浮在气流中的尘粒，如果带有一定的电荷，可以通过异性电荷产生的静电力使它从气流中分离。由于自然状态下尘粒的荷电量很小，因此要得到较好的除尘效果，必须设置专门的高压电场，使所有的尘粒都充分荷电。,4.2.1.7,凝聚作用,凝聚作用不是一种直接的除尘机理。通过超声波、蒸汽凝结、加湿等凝聚作用，可以使微小的粒子凝聚性增大，然后再用一般的除尘方法去除。,4.2.2,除尘器的分类,4.2.2.1,不同机理分类,根据除尘器主要除尘机理的不同，可以分为：,（,1,）重力除尘，如重力沉降室；,（,2,）惯性除尘，如惯性除尘器；,（,3,）离心力除尘，如旋风除尘器；,（,4,）过滤除尘，如袋式除尘器、尘粒层除尘器、纤维过滤器；,（,5,）洗涤除尘，如自激式除尘器、卧式旋风水膜除尘器；（,6,）静电除尘，如电除尘器。,4.2.2.2,不同净化程度分类,根据气体净化程度的不同，可以分为：,（,1,）粗净化，主要用于除掉粗大的尘粒，一般用作多级除尘的第一级。,（,2,）中净化，主要用于通风除尘系统，要求净化后的空气含尘浓度不超过,100,200,mg/m,3,。,（,3,）细净化，主要用于通风空调系统的进风系统和再循环系统，要求净化后的空气含尘浓度不超过,1,2,mg/m,3,。,（,4,）超净化，主要用于除掉,1,以下的细小尘粒，适用于清洁度要求较高的洁净房间，视工艺要求而定。,4.2.3,除尘器的性能指标,除尘装置性能用技术指标和经济指标来评价。技术指标主要有处理能力、净化效率和压力损失等；经济指标主要有设备费、运行费和占地面积等。此外，还应考虑装置的安装、操作、检修的难易等因素。,4.2.3.1,除尘器的处理能力,除尘装置的处理能力是指除尘装置在单位时间内所能处理的含尘气体的流量，一般以体积流量,L,(m,3,/h,或,m,3,/s),表示。该数值由产品样本直接给出。,4.2.3.2,除尘器的除尘效率,除尘器效率是评价除尘器性能的重要指标之一，是指除尘器从气流中捕集粉尘的能力，可定义为,被捕集的粉尘量与进入装置的总粉尘量之比,。,（,1,）全效率,含尘气体通过除尘器时所捕集的粉尘量占进入除尘器的粉尘总量的百分数称为除尘器,全效率,，以,表示。,式中,进入除尘器的粉尘量，,g/s,；,从除尘器排出的粉尘量，,g/s,；,除尘器所捕集的粉尘量，,g/s,。,如果除尘器结构严密，没有漏风，上式可以改,写为,(4.5),图,4.5,全效率,式中,处理空气量，,m,3,/s,；,进口空气含尘浓度，,g/m,3,；,出口空气含尘浓度，,g/m,3,。,式,(5.3),要通过称重求得全效率，称为质量法。用这种方法测出的结果比较准确，主要用于实验室。在现场测定除尘器效率时，通常先同时测出除尘器前后的空气含尘浓度，再按式（,5.4,）求得全效率，这种方法称为浓度法。,（,2,）,除尘器多级串联运行时的总除尘效率,在实际工程中，为了提高除尘效率，有时需要把两种或多种不同型式的除尘器串联起来使用，形成两级或多级除尘系统。两个除尘器串联时的总除尘效率为,式中,第一级除尘器效率；,第二级除尘器效率。,个除尘器串联时的总除尘效率为,（,5.11,）,图,5.6,总除尘效率,（,3,）分级效率,对同一种粉尘来说，除尘器全效率的高低，往往与处理粉尘的粒径大小有很大的关系，要正确评价除尘器的除尘效果，必须按粒径大小标定除尘器效率，这种效率称为,分级效率,。除尘器的分级效率是除尘器除下的某一粒径范围粉尘的质量与进入除尘器的该粒径范围粉尘总质量的比值，以 表示。除尘器的分级效率是评定除尘器除尘效果高低的重要指标。对于一种粉尘，粒径越大，分级效率越高。,分级效率和全效率的关系：,大多数除尘器的分级效率可用下列经验公式表示：,常表示为：,式中,粉尘的分散度，,%,。,（,4,）,穿透率,所谓,穿透率,是指未被捕集的粉尘量占进入除尘器的粉尘总量的百分数，通常用,P,表示。,除尘器全效率和穿透率都是评价除尘器除尘效率高低的指标，两者分别从正反两方面进行评价除尘器的除尘效果，但是当除尘效率很接近，采用穿透率更能具有说服力。,4.2.3.3,除尘器的压力损失,除尘器的压力损失是代表除尘装置能耗大小的技术经济指标，是指装置的进口和出口气流的全风压之差。除尘装置压力损失的大小，不仅取决于除尘装置的种类和结构型式，还与处理气体流量大小有关。通常压力损失与除尘装置进口气流的动压成正比，即,（,5.12,）,式中,压力损失，,Pa,；,压损系数，即局部阻力系数，由实验测得；,进口气流速度，,m/s,；,含尘气体密度，,kg/m,3,。,4.3,重力除尘器（重力沉降室）和惯性除尘器,4.3.1,重力除尘器,工作原理,重力沉降室,是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置，它的结构如图所示。含尘气流进入重力沉降室后，由于突然扩大了流动截面积，气流速度迅速下降，此时气流处于层流状态或接近层流状态下运动，使较重尘粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。,重力沉降室,重力除尘器的设计计算,重力沉降室的设计计算以如下假定为基础：通过沉降室断面的水平气流速度分布是均匀的，并呈层流状态；在沉降室入口断面上粉尘分布是均匀的；在气流流动方向上，尘粒和气流具有同一速度；粉尘是以,沉降速度,（沉降速度是指尘粒下落时所能达到的最大速度）在重力沉降室内下降。,气流在重力沉降室内的停留时间 为,s,式中,沉降室长度，,m,；,气流运动速度，,m/s,。,沉降速度为 的尘粒从除尘器顶部降落到底部所需要的时间 为,s,（,5.14,）,式中,沉降室高度，,m,。,要把沉降速度为 的尘粒在重力沉降室内全部除掉，必须满足 ，即,（,5.15,）,重力沉降室能,100%,捕集的最小粒径为,:,重力沉降室长度 ,m (5.16),重力沉降室宽度,m (5.17),式中,处理空气量，,m,3,/s,。,根据上述计算可知，,重力沉降室应该是一个扁长形的长方体结构，有利于除尘。,重力沉降室内的气流速度要根据尘粒的密度和粒径确定，一般为,0.3,2m/s,。设计新的重力沉降室时，应先根据计算出捕集尘粒的沉降速度 ，然后假设沉降室内的气流速度和沉降室的高度（或宽度），再求得沉降室的长度和宽度（或高度）。,在具体设计沉降室时，应,注意,：气流速度尽可能低，以保持接近层流状态；为保证横断面上气流分布均匀，一般将进气管设计成渐扩形，若受场地限制，可装设导流板、扩散板等；净化高温烟气时，由于热压作用，排气口以下的空间可能气流减弱，从而降低了容积利用率和除尘效率，此时，进出口位置应低些；高度,H,应根据实际情况确定，但应尽量小些。,重力沉降室具有结构简单，造价低，压力损失小（一般约为,50,150Pa,），维修管理容易等优点，一般作为第一级或预处理设备。其主要缺点是体积庞大，除尘效率低（一般约为,40%,70%,），清灰麻烦。因此主要用以净化密度大、尘粒粗的粉尘，特别是磨损性很强的粉尘，能有效捕集,50,以上尘粒，但不宜捕集,20,以下尘粒。,4.3.2,惯性除尘器,惯性除尘器,是指含尘气流冲击在挡板上，使气流方向发生急剧转变，利用尘粒本身的惯性力作用使其与气流分离，并与挡板发生碰撞而被捕集的装置，是低效除尘器。,惯性除尘器的工作原理,如,图,5.8,所示，是含尘气流冲击在两块挡板上时的分离机理。当气流冲击到挡板 时，惯性大的粗尘粒（）首先被分离，被气流带走的尘粒（，且 ），由于挡板使气流转向，借助离心力作用也被分离。若设该点气流的旋转半径为 ，切向速度为 ，则尘粒 所受离心力与 成正比。显然,回旋气流的曲率半径愈小，愈能分离细小的粒子。这种惯性除尘器，除了借助惯性力的作用外，还利用了离心力和重力作用,。,图,5.8,惯性除尘器分离机理示意图,惯性除尘器的形式,惯性除尘器结构型式多种多样，主要分为,碰撞式,和,反转式,两类。,碰撞式惯性除尘器是以气流中粒子冲击挡板而捕集较为粗大粒径粉尘的除尘装置，也称为,冲击式惯性除尘器,。当含尘气流流经挡板时，尘粒借助惯性力作用撞击在挡板上，失去动能后的尘粒在重力作用下沿挡板下落，进入灰斗。挡板可以是单级，也可以是多级，,如,图,5.9,所示。多级挡板交错布置，一般可设置,3,5,排。实际应用多采用多级挡板，目的是增加撞击机会，提高除尘效率。这类除尘器阻力较小，一般在,100Pa,以内。尽管使用多级挡板，但除尘效率也只能达到,55%,75%,。,图,5.9,碰撞式惯性除尘器,（,a,）单级碰撞型；（,b,）多级碰撞型,图,5.10,反转式惯性除尘器,（,a,）弯管型；（,b,）百叶窗型；（,c,）多层隔板塔型,反转式惯性除尘器,是通过改变气流流向而捕集较细粒径粉尘的除尘装置，也称为气流折转式惯性除尘器。反转式惯性除尘器分为弯管型、百叶窗型和多层隔板塔型三种，如,图,5.10,所示。,惯性除尘器的结构简单，阻力损失较小，常适用于一级除尘或作为高效除尘器的前级除尘，其压力损失因结构形式的不同而差异较大，主要适用于捕集粒径,10,20,以上的金属或矿物性粉尘，对粘结性和纤维性粉尘，因容易堵塞，故不宜采用。,一般惯性除尘器的气流速度愈高，气流方向转变角度愈大，转变次数愈多，除尘效率愈高，同时压力损失也愈大。,4.4,旋风除尘器,旋风除尘器,是利用气流旋转过程中产生的离心力作用，使尘粒从气流中分离的装置。,其优点有：,结构简单，造价低；,无运动部件，操作维护方便；,耐高温、高压，可用各种材料制造；,压力损失中等，动力消耗不大，除尘效率较高等。工程应用中，一般用来捕集,5,15,的粉尘，作为多级除尘中的第一级。,4.4.1,旋风除尘器的结构和工作原理,普通旋风除尘器是由,进气管、筒体、锥体和排气管,等组成，,如,图,5.11,所示。含尘气流由切线方向进口进入除尘器，沿外壁由上向下作螺旋形旋转运动，称为外涡旋；外涡旋到达锥体底部后，转而向上，沿轴心向上作旋转运动，称为内涡旋；最后经排气管排出。外涡旋和内涡旋的旋转方向相同，轴向运动方向相反。气流作旋转运动时，受惯性离心力推动作用，尘粒向外移动，到达外壁面后在气流和重力共同作用下，落入灰斗。,4.4.1.1,气流与尘粒的运动,图,5.11,风除尘器示意图,4.4.1.2,切向速度,切向速度是决定气流合速度的主要速度分量，也是决定气流中质点离心力和尘粒捕集效率的主要因素。,如,图,5.12,所示，是某一断面的速度分布和压力分布。可以看出，外涡旋切向速度 随半径 减小而增加，反比于旋转半径 的 次方，最大值位于内外涡旋交界面，该交界面的半径 （为排气管的直径）。内涡旋切向速度 随半径 的减小而减小，正比于旋转半径 ，比例常数等于气流的旋转角速度。,4.4.1.3,径向速度,外涡旋径向速度是向心的，内涡旋径向速度是向外的。气流切向分速度 和径向分速度 对尘粒的分离起着相反的影响，前者产生惯性离心力，使尘粒向外径向运动，后者造成尘粒向心径向运动。,图,5.12,旋风除尘器内涡旋气流切向速度与压力分布,4.4.1.4,轴向速度,轴向速度视内、外涡旋而定，外涡旋向下，内涡旋向上。,4.4.1.5,压力分布,从气流运动三个速度分量分析，可以看出旋风除尘器内压力分布。轴向各断面的速度分布差别较小，因此轴向压力变化也较小；切向速度在径向变化很大，因此径向全压和静压变化均很大，由外壁向轴心逐渐降低，轴心部分静压为负值。,研究表明，即使在正压下运行，轴心处也是处于负压状态，该负压一直延伸至灰斗。因此，,旋风除尘器下部如果不保持严密，会把已经分离的粉尘重新卷入到内涡旋中。,4.4.2,旋风除尘器的计算,筛分理论,除尘效率的分析,4.4.3,除尘器阻力,旋风除尘器的压力损失是评价旋风除尘器性能的一个主要指标。,压力损失是用气体通过旋风除尘器的总能量消耗表述，亦称压力降，一般约,1,2,。压力降由气流入口、出口和涡旋流场三部分组成，以涡旋流场能耗为主。压力降与除尘器结构型式和运行条件等因素有关，其数值难以通过理论计算精确得到。根据实验，压力降与进口气流速度的平方成正比关系，即,（,5.18,）,式中,压损系数，即局部阻力系数,可参考产品样本 资料或通过实测求得；,气流的入口速度，,m/s,；,气体的密度，,kg/m,3,。,4.4.4,影响旋风除尘器性能的因素,4.4.4.1,进口速度,进口速度 对除尘效率和压力降具有重大影响。除尘效率和压力降都随 增大而提高，但若进口速度过大，不仅使压力降急剧加大，而且还会加剧返混，导致除尘效率下降。因此，从技术、经济两个方面综合考虑，进口风速一般控制在,12,25m/s,，但不应低于,10m/s,，以防进气管积尘。,4.4.4.2,结构比例尺寸,旋风除尘器各部件均有一定的尺寸比例，比例尺寸变化影响除尘效率和压力降等。在结构上，影响性能的因素有筒体直径、排气管直径、筒体和锥体高度及除尘器底部的严密性等。,（,1,）,筒体直径,D,在相同转速下，筒体直径越小，尘粒受到的离心力越大，除尘效率越高。但筒体直径越小，处理风量也越少，并且筒体直径过小还会引起粉尘堵塞。在需要处理大风量时，可采用同型号旋风除尘器并联组合运行，或采用多管型旋风除尘器。,（,2,）,排气管直径,D,p,减小排气管直径可以减小内涡旋直径，有利于提高除尘效率，但减小排气管直径会加大出口阻力，一般取,D,P,=(0.50.6)D,。,（,3,）,筒体和锥体高度,由于在外涡旋内有气流的向心运动，外涡旋在下降时，气流会不断流入内涡旋，不一定能达到除尘器底部。因此，筒体和锥体的总高度过大，对除尘效率影响不大，反而使阻力增加。实践证明，筒体和锥体的总高度以不大于,5,倍筒体直径为宜。,4.4.4.3,除尘器底部的严密性,由于旋风式除尘器底部总是处于负压状态，如果不严密，会造成返混现象，使除尘效率显著下降。因此在不漏风的情况下，进行正常排尘是保证正常运行的重要条件。对间歇工作的除尘器，可在排尘口下设置固定灰斗，定期排放；对收尘量大且连续工作的除尘器，可设置双翻板式或回转式锁气室，,如图,5.13,所示。,图,5.13,锁气室,（,a,）双翻板式；（,b,）回转式,优点,:,结构简单,没有运动部件,维护管理方便,;,可以适应多种操作条件,既能耐高温,又,能耐高压,可以耐磨、耐酸,;,效率比较高,对于,10,m,左右的颗粒物,效率可达,90%,左,右。,缺点,:,对微细颗粒物的效率不高,单个旋风除尘器,的处理风量有一定的局限性。,4.4.5,旋风除尘器的特点,4.5,袋式除尘器,袋式除尘器是一种干式高效除尘器，利用纤维织物的过滤作用进行除尘。,对于,1.0,的粉尘，效率高达,98%,99%,。滤袋通常做成圆柱形（直径为,125,500mm,），有时也做成扁长方形，滤袋长度一般为,2m,左右。袋式除尘器的除尘效率高，且性能稳定可靠、操作简单，因而应用广泛。,4.5.1,袋式除尘器的工作原理,常用滤料由棉、毛、人造纤维等加工而成，滤料本身网孔较大，一般为,20,50,，表面起绒的滤料约为,510,，新用滤料的除尘效率不高，对于,1,的尘粒除尘效率只有,40%,左右,如,图,5.19,所示。含尘气体通过滤料时，粉尘因筛滤、截留、惯性碰幢、静电、扩散和重力沉降等作用，逐渐深入滤料内部，使纤维间空间逐渐减小，最终形成附着在滤料表面的粉尘层（称为初层）。,图,5.20,机械振动袋式除尘器,粉尘初层形成后，成为袋式除尘器的主要过滤层，使过滤效率剧增，而滤布只是起着形成粉尘初层和支撑它的骨架作用，如,图,5.,18,所示。但随着粉尘在滤袋上积聚，滤袋两侧压力差增大，会把有些已附在滤料上的细小粉尘挤压过去，使除尘效率下降。另外，若除尘器阻力过高，会使除尘系统处理气体量显著下降，影响生产系统的排风效果，因此除尘器阻力达到一定数值后，要及时清灰。,图,5.18,滤料的过滤作用,图,5.19,某袋式除尘器分级效率曲线,4.5.2,袋式除尘器的阻力,袋式除尘器阻力与除尘器结构、滤袋布置、粉尘层特性、清灰方法、过滤风速、粉尘浓度等因素有关。可作定性分析袋式除尘器阻力为,Pa,（,5.20,）,式中,除尘器结构阻力，,Pa,；,滤料本身的阻力，,Pa,；,粉尘层阻力，,Pa,。,通常,袋式除尘器阻力由产品样本给出,。,袋式除尘器的滤料,袋式除尘器的滤料应满足以下几个要素,:,1.,容尘量应较大,清灰后能保留完好的初尘层,使之能以较高的,效率除去较细的颗粒物,;,2.,在均匀容尘状态下透气性要好,阻力要低,;,3.,抗折、耐磨、耐温和耐腐蚀性能要好,机械强度要高,性能要,稳定,;,4.,吸湿性小,易于清除沉积在除尘层上的颗粒物,;,5.,使用寿命长,造价低廉,4.5.3,袋式除尘器清灰方式,清灰是袋式除尘器运行中十分重要的一环，实际上许多袋式除尘器是按清灰方式命名和分类的。最早的清灰方式是振动滤料以便使沉积的粉尘脱落，称为机械振动式清灰，如,图,5.20,所示。另外两种是利用气流把沉积粉尘吹走，即用低压气流反吹或用压缩空气喷吹，分别称为逆气流清灰和脉冲喷吹清灰。此外，还有一些其他清灰方式，对于难以清除的粉尘也有同时并用两种清灰方法的。,图,5.20,机械振动袋式除尘器,1,简易清灰,简易清灰是借助滤料表面粉尘的自重和风机的启动和停止，使滤袋变形，粉尘自行脱落而清灰，有时还需要辅以人工敲打和抖动滤袋的方法使清灰效果达到最佳。,如图,5.21,所示，是两种简易清灰袋式除尘器结构示意图，该袋式除尘器不适宜净化含尘浓度过高的气体。这种袋式除尘器结构简单、投资省、易上马，但体积庞大、操作条件差，目前已较少使用。,图,5.21,简易清灰袋式除尘器,（,a,）上进气内滤式；（,b,）下进气内滤式,2,机械振动清灰,机械振动清灰方式常用三种：水平振动，即滤袋沿水平方向摆动；垂直振动，即滤袋沿垂直方向振动；扭曲振动，即靠机械转动定期将滤袋扭转一定的角度，使沉积于滤袋的粉尘层破碎而落入灰斗。,机械振动清灰，能及时清除附着在滤袋上的尘粒，工作性能稳定、清灰效果较好，耗能低。过滤风速一般取,1.0,2.0m/min,，压力损失约为,800,1200Pa,。但由于机械作用，滤袋寿命较短，滤袋检漏、维修和更换工作量大。,3,逆气流清灰,逆气流清灰是指,清灰时的气流与过滤时气流方向相反,。,如,图,5.22,所示，是逆气流清灰袋式除尘器简单结构示意图。清灰时，关闭含尘气流，开启逆气流反吹风，使滤袋变形，沉积在滤袋内表面（或外表面）的粉尘层被破坏而脱落入灰斗。该种袋式除尘器系统常采用标准化设计，多滤袋室组合使用，用于连续工艺过程，特别适用于粉尘粘性小及采用玻璃纤维滤袋的情况。逆气流吹风清灰袋式除尘器的过滤速度一般取,0.5,m/s,左右为宜。逆气流吸风清灰袋式除尘器的过滤速度通常取,0.40.5,m/min,，最大不超过,1.0,m/min,。气环反吹清灰袋式除尘器的过滤速度一般取,45,m/min,，滤尘效率达,99%,以上，压力损失为,1000,1200,Pa,。,图,5.22,逆气流清灰袋式除尘器,4,脉冲喷吹清灰袋式除尘器,脉冲清灰也包括逆流反吹过程,。这种清灰方法是利用,500600Pa,的压缩空气反吹，产生强度较大的清灰效果。压缩空气的脉冲产生冲击波，使滤袋振动，导致积附在滤袋上的粉尘层脱落。这种清灰方式有可能使滤袋清灰过度，继而使粉尘通过率上升，因此必须选择适当压力的压缩空气和适当的脉冲持续时间。脉冲清灰的控制参数为脉冲压力、频率、脉冲持续时间和清灰次序。如,图,5.23,所示，是脉冲喷吹清灰袋式陈尘器结构示意图，这种高效除尘器，净化效率高，过滤负荷高，滤袋磨损较轻，使用寿命较长，运行安全可靠，应用越来越广泛。但耗电量较大，对高浓度、含湿量较大的含尘气体的除尘效果较差。,图,5.23,脉冲喷吹清灰袋式除尘器,1-,进气口；,2-,控制仪；,3-,滤袋；,4-,滤架；,5-,气包；,6-,排气阀；,7-,脉冲阀；,8-,喷吹管；,9-,净箱；,10-,净气出口；,11-,文氏管；,12-,检修口；,13-U,形压力计；,14-,灰斗；,15-,卸尘阀,5,回转反吹扁袋式除尘器,如图,5.24,所示，为其结构示意图。这种除尘器采用圆筒外壳，梯形扁袋沿圆筒呈辐射状布置，反吹风管由轴心向上与悬臂管连接，悬臂管下面正对滤袋导口设有吹风口，悬臂管由专用马达及减速机带动旋转。回转反吹扁袋式除尘器在相同过滤面积的条件下占用的空间体积小，可提高单位体积的过滤面积。扁形滤袋性能好，寿命长，清灰自动化且效果好，运行安全可靠，维修方便。过滤风速一般取,1.01.5m/min,，粘性小的粗尘粒可取,2.0,2.5m/min,，净化效率一般可达,99%,以上。,图,5.24,回转反吹扁袋式除尘器,1-,悬臂风管；,2-,滤袋；,3-,灰斗；,4-,反吹风机；,5-,反吹风口；,5-,花板；,7-,反吹风管。,6,联合清灰袋式除尘器,这种除尘器是将上面介绍的两个或三个不同类型的除尘器有机地连接起来，已达到最佳净化效率。联合清灰袋式除尘器的清灰时间约为,30,50s,，时间间隔约为,3,8min,，过滤风速一般取,2,3m/min,，压力损失为,800,1000Pa,，清灰效果好，净化效率约为,98%,左右。,1,袋式除尘器的滤料选择,滤料是组成袋式除尘器的核心部分，其性能对袋式除尘器操作有很大影响，选择滤料时必须考虑含尘气体的特征。性能良好的滤料应具有容尘量大、吸湿性小、效率高、阻力低、使用寿命长，且耐温、耐磨、耐腐蚀、机械强度高等优点。,4.5.4,袋式除尘器的应用和选择,滤料特性除与纤维本身的性质有关外，还与滤料表面结构有很大关系。表面光滑的滤料容尘量小，清灰方便，适用于含尘浓度低，粘性大的粉尘，此时采用的过滤速度不宜过高。表面起毛（绒）的滤料容尘量大，粉尘能深入滤料内部，可以采用较高的过滤速度，但清灰周期短。,袋式除尘器的滤料种类较多。按滤料材质分，,有天然纤维、无机纤维和合成纤维等,；按滤料结构分，有滤布和毛毡两类。棉毛织物属天然纤维，价格较低，适用于净化没有腐蚀性、温度在,300,350K,以下的含尘气体。无机纤维滤料主要指玻璃纤维滤料，具有过滤性能好、阻力低、化学稳定性好、价格便宜等优点。用硅酮树脂处理玻璃纤维滤料能提高其耐磨性、疏水性和柔软性，还可使其表而光滑，易于清灰，可在,523K,下长期使用，但玻璃纤维较脆，使用上有一定的局限性。,2,袋式除尘器的结构型式,袋式除尘器的结构形式多种多样。按滤袋的形状可分为圆筒形和扁形。圆筒形滤袋应用最广，它受力均匀，连接简单，成批换袋容易。扁袋除尘器和圆袋除尘器相比，在同样体积内可多布置,20%,40%,过滤面积的布袋，占地面积较小，结构紧凑，但清灰维修困难，应用较少。按进气方式可分为上进气和下进气。上进气时，过滤性能较好，但除尘器高度增加，且滤袋安装复杂。下进气时，滤袋磨损小，但清灰效率降低，阻力增加，然而设计合理、构造简单、造价便宜，较多使用。按含尘气流进入滤袋的方向可,分,为内滤式和外滤式两种。内滤式时，含尘气流进入滤袋内部，净化气体通过滤袋逸向袋外。外滤式时，粉尘阻留于滤袋外表面，净化气体由滤袋内部排出。,按清灰方式的不同可分为简易清灰袋式除尘器、机械振动清灰袋式除尘器、逆气流清灰袋式除尘器、气环反吹清灰袋式除尘器、脉冲喷吹清灰袋式除尘器、脉冲顺喷喷射袋式除尘器及联合清灰袋式除尘器。,3,袋式除尘器的应用,袋式除尘器是一种高效除尘器，应用广泛。它比电除尘器结构简单、投资省、运行稳定，还可以回收高比电阻粉尘；与文丘里洗涤器相比，动力消耗小，回收的干粉尘便于综合利用。因此对于微细的干燥粉尘，采用袋式除尘器捕集是适宜的，但不适于净化有爆炸危险或带有火花的含尘气体。,使用时应,注意以下问题,：（,1,）由于滤料使用温度的限制，处理高温烟气时，必须冷却到滤料可能承受的温度。（,2,）处理高温、高湿气体时，为防止水蒸气在滤袋上凝结，应对管道及除尘器保温，必要时还可以进行加热。（,3,）不能用于带有火花的烟气。（,4,）处理含尘浓度高的气体，为减轻袋式除尘器负担，最好采用两级除尘，用低效除尘器进行预处理。,4.6,湿式除尘器,湿式除尘器是通过含尘气体与液滴或液膜的接触使尘粒从气流中分离的。,其优点是结构简单，投资低，占地面积小，除尘效率高，能同时进行有害气体的净化，适宜处理有爆炸危险或同时含有多种有害物的气体。其缺点是有用物料不能干法回收，泥浆需要处理，有时要设置专门的废水处理设